BRPI9917680B1 - surface treatment processes for aluminum wheel products and 6000 series clean and washed aluminum wheel products - Google Patents
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Abstract
processos para tratamento superficial de produtos de roda de alumínio e de produtos limpos e lavados de roda de alumínio da série 6000. a presente invenção refere-se a um processo para o tratamento superficial de produtos de roda de alumínio para melhorar o seu brilho e resistência à abrasão, bem como um processo para o tratamento superficial de produtos, limpos e lavados, de roda de alumínio da série 6000, para melhorar o seu brilho e resistência à sujeira e abrasão.Processes for Surface Treatment of Aluminum Wheel Products and 6000 Series Clean and Washed Aluminum Wheel Products. The present invention relates to a process for surface treatment of aluminum wheel products to improve their gloss and strength. abrasion as well as a process for surface treatment of clean and washed 6000 series aluminum wheel products to improve their shine and resistance to dirt and abrasion.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOS PARA TRATAMENTO SUPERFICIAL DE PRODUTOS DE RODA DE ALUMÍNIO E DE PRODUTOS LIMPOS E LAVADOS DE RODA DE ALUMÍNIO DA SÉRIE 6000".Report of the Invention Patent for "PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF ALUMINUM WHEEL PRODUCTS AND CLEAN AND WASHED 6000 SERIES WHEEL PRODUCTS".
Dividido do PI 9913660-0, depositado em 27.08.1999.Divided from PI 9913660-0, filed on August 27, 1999.
Este pedido reivindica o benefício da patente provisória U.S. 60/098.320, depositada em 28 de agosto de 1998, cuja descrição está completamente incorporada aqui por referência.This application claims the benefit of U.S. Provisional Patent 60 / 098,320, filed August 28, 1998, the disclosure of which is fully incorporated herein by reference.
Esta invenção pertence ao campo de processos para limpeza e tratamento de superfície de produtos de alumínio para melhorar seu brilho. Mais particularmente, a invenção pertence a um processo melhorado, mais eficiente, para tratamento de superfície do produto de rodas de alumínio feito por práticas de forjamento, lingotamento e/ou união. Tais rodas são adequadas para automóveis, caminhões leves, caminhões de serviço pesado e ônibus. Esta invenção pode também ser usada para tratar a superfície de rodas aeroespaciais e outros componentes aeroespaciais. O presente tratamento de superfície para produtos brilhantes de alumínio envolve uma pluralidade de etapas separadas incluindo: limpeza, desoxidação, conversão química e pintura. Algumas das etapas de processos precedentes incorporam tipicamente agentes de superfície ativos e/ou inibidores de corrosão. A etapa de pintura final, para muitos produtos de alumínio, é um revestimento transparente polimérico aplicado na forma líquida ou em pó. Todos esses processos contam com a disponibilidade de superfícies brilhantes de alumínio para começar. Parte do sucesso total desses tratamentos de superfície depende da minimização da degradação do brilho inicial durante a aplicação dos tratamentos químicos conhecidos, descritos em maiores detalhes a seguir.This invention belongs to the field of processes for cleaning and surface treatment of aluminum products to improve their brightness. More particularly, the invention pertains to an improved, more efficient process for surface treatment of the aluminum wheel product made by forging, casting and / or bonding practices. Such wheels are suitable for automobiles, light trucks, heavy duty trucks and buses. This invention may also be used to treat the surface of aerospace wheels and other aerospace components. The present surface treatment for shiny aluminum products involves a plurality of separate steps including: cleaning, deoxidizing, chemical conversion and painting. Some of the foregoing process steps typically incorporate surface active agents and / or corrosion inhibitors. The final painting step for many aluminum products is a clear polymeric coating applied in liquid or powder form. All of these processes rely on the availability of shiny aluminum surfaces to begin with. Part of the overall success of these surface treatments depends on minimizing initial gloss degradation during the application of the known chemical treatments described in more detail below.
Desvantagens com tais processos da técnica anterior incluem: 1. Eles necessitam de uma superfície de partida de alumínio brilhante. Os processos não induzem qualquer brilho por si só. 2. As etapas de tratamento químico (isto é, limpeza, desoxidação e conversão química) e de pintura tipicamente reduziram o brilho destas superfícies de alumínio. Isto, por sua vez, causou um impacto prejudicial às propriedades iniciais dos produtos de alumínio assim produzidos. 3. Muitos processos de tratamento químico e pintura foram aplicados para melhorar: (a) a adesão dos revestimentos subseqüentes a estes produtos de alumínio; e (b) o seu desempenho na resistência à corrosão. Para qualquer produto determinado, tem que ser alcançado um acerto entre maior brilho e maior durabilidade. 4. Com base em um ponto de vista de produção, os processos anteriores envolviam um grande número de etapas, necessitando níveis relativamente altos de envolvimento de empregados para assegurar consistência e qualidade. Isto se traduz em altos custos de operação e produção. 5. Enquanto a resistência máxima à corrosão pode ser alcançada com cromo hexavalente, este componente deve ser evitado devido aos seus riscos prejudiciais ao ambiente e à saúde. São conhecidos numerosos processos para limpeza, gravação, revestimento e/ou tratamento de superfície de produtos de alumínio. Eles incluem: Patente U.S. Nos. 4.440.606, 4.601.796, 4.793.903, 5.290.424, 5.486.283, 5.538.600, 5.554.231,5.587.209, 5.643.434 e 5.693.710.Disadvantages with such prior art processes include: 1. They require a shiny aluminum starting surface. The processes do not induce any brightness by themselves. 2. The chemical treatment (ie cleaning, deoxidizing and chemical conversion) and painting steps typically reduced the brightness of these aluminum surfaces. This in turn had a detrimental impact on the initial properties of the aluminum products thus produced. 3. Many chemical treatment and painting processes have been applied to improve: (a) the adhesion of subsequent coatings to these aluminum products; and (b) its performance in corrosion resistance. For any given product, a trade-off between higher brightness and longer durability has to be achieved. 4. From a production standpoint, previous processes involved a large number of steps, requiring relatively high levels of employee involvement to ensure consistency and quality. This translates into high operating and production costs. 5. While maximum corrosion resistance can be achieved with hexavalent chromium, this component should be avoided due to its harmful environmental and health hazards. Numerous processes for cleaning, etching, coating and / or surface treatment of aluminum products are known. They include: U.S. Patent Nos. 4,440,606, 4,601,796, 4,793,903, 5,290,424, 5,486,283, 5,538,600, 5,554,231,5,587,209, 5,643,434 and 5,693,710.
Na Patente U.S. Ne 5.290.424, cuja descrição está aqui incorporada em sua totalidade por referência, a claridade da imagem de um produto em particular, uma folha decorativa reflexiva produzida a partir de ligas de alumínio das séries 5000 ou 6000, foi melhorada. A presente invenção, em contraste, não está limitada somente ao produto folha. Ela também pode ser usada para tratar a superfície de extrusões, forjamentos e lingotamentos de alumínio, especialmente aquelas feitas de ligas de Al-Mg, Al-Mg-Si, Al-Si-Mg e/ou variantes destas duas últimas ligas contendo cobre. A presente invenção confere brilho à superfície dos produtos de alumínio, especialmente rodas de veículos, enquanto melhora a adesão, a resistência à sujeira e o desempenho na resistência à corrosão de tais produtos. Esta invenção executa os atributos das propriedades anteriores através de uma sequência de produção que envolve 25% menos etapas, reduzindo, assim, o custo total de produção. A invenção combina duas das mais custosas etapas de tratamento de superfície conhecidas, aquelas de brilho e limpeza de superfície, em uma só etapa. Ao mesmo tempo, o processo desta invenção emprega mais usuários de componentes amigáveis que não propõem riscos imediatos ou de longo prazo aos operadores ou ao meio ambiente. Finalmente, devido à natureza química deste processo, os produtos finais resultantes exibem uma maior resistência à abrasão. O novo processo desta invenção consiste em: Etapa principal 1. Um tratamento químico simples, cujos parâmetros de composição e operação são ajustados dependendo se os produtos preferidos para serem tratados são feitos de uma liga Ai-Mg, Al-Mg-Si ou Al-Si-Mg. Esta etapa de tratamento químico transmite brilho ao alumínio que está sendo tratado, enquanto produz uma superfície externa quimicamente limpa pronta para o processamento subseqüente. Esta etapa substitui operações anteriores de etapas múltiplas de polimento e limpeza química. Em uma base preferida, estas etapas de abrilhantamento químico usam um eletrólito com um teor de ácido nítrico entre cerca de 0,05 e 2,7% em peso. Foi observado que além de 2,7% em peso de ácido nítrico, um nível desejado de brilho para ligas de Al-Mg-Si-Cu não pode ser alcançado. Em uma base preferida, o eletrólito para esta etapa é baseado em ácido fosfórico, sozinho ou em combinação com algum ácido sulfúrico adicionado ao mesmo, e um equilíbrio de água.In U.S. Patent No. 5,290,424, the disclosure of which is incorporated herein in its entirety by reference, the clarity of the image of a particular product, a reflective decorative sheet made from 5000 or 6000 series aluminum alloys, has been improved. The present invention, in contrast, is not limited to the leaf product only. It can also be used to surface treat aluminum extrusions, forgings and ingot molds, especially those made of Al-Mg, Al-Mg-Si, Al-Si-Mg alloys and / or variants of the latter two copper-containing alloys. The present invention imparts gloss to the surface of aluminum products, especially vehicle wheels, while improving the adhesion, dirt resistance and corrosion resistance performance of such products. This invention performs the attributes of the above properties through a production sequence involving 25% fewer steps, thereby reducing the total cost of production. The invention combines two of the most expensive surface treatment steps known, those of gloss and surface cleaning, in one step. At the same time, the process of this invention employs more users of user-friendly components that pose no immediate or long-term risks to operators or the environment. Finally, due to the chemical nature of this process, the resulting end products exhibit greater abrasion resistance. The new process of this invention consists of: Main step 1. A simple chemical treatment whose composition and operation parameters are adjusted depending on whether the preferred products to be treated are made of an Ai-Mg, Al-Mg-Si or Al- Si-Mg. This chemical treatment step imparts shine to the aluminum being treated while producing a chemically clean outer surface ready for subsequent processing. This step replaces previous multi-step operations of chemical polishing and cleaning. On a preferred basis, these chemical brightening steps use an electrolyte with a nitric acid content between about 0.05 and 2.7% by weight. It has been observed that in addition to 2.7 wt% nitric acid, a desired level of gloss for Al-Mg-Si-Cu alloys cannot be achieved. On a preferred basis, the electrolyte for this step is based on phosphoric acid, alone or in combination with some sulfuric acid added to it, and a water balance.
Etapa principal 2. A segunda etapa principal é desoxidar a camada de superfície do mencionado produto de alumínio pela exposição a um banho contendo ácido nítrico, preferivelmente em uma diluição de 1:1 do concentrado. Esta etapa necessária "prepara" a superfície para as etapas seguintes de modificação óxida e revestimento de siloxano.Main step 2. The second main step is to deoxidize the surface layer of said aluminum product by exposure to a bath containing nitric acid, preferably at a 1: 1 dilution of the concentrate. This required step "prepares" the surface for the next steps of oxide modification and siloxane coating.
Etapa principal 3. A terceira etapa principal desta invenção é uma modificação óxida da superfície projetada para induzir porosidade na camada externa da superfície do filme de óxido. As propriedades químicas e físicas resultantes desta modificação não terão efeitos prejudiciais no brilho do produto final (ou substrato). Como na etapa principal 1, as particularidades desta etapa de modificação óxida podem ser ajustadas quimicamente para ligas Al-Mg-Si versus Al-Si-Mg, usando-se um ambiente oxidante induzido por gás ou líquido em conjunção com um potencial eletromotór. A química da superfície e a topografia deste filme de oxido são críticas para manter a claridade da imagem e a adesão de um revestimento polimérico aplicado subseqüentemente. Uma composição química de superfície preferida para esta etapa consiste em uma mistura de óxido de alumínio e de fosfato de alumínio com profundidade de poros reticulados variando de cerca de 0,01 a 0,1 micrometros, mais preferivelmente menos do que cerca de 0,05 micrometros.Main Step 3. The third main step of this invention is an oxide surface modification designed to induce porosity in the outer surface layer of the oxide film. The chemical and physical properties resulting from this modification will have no detrimental effect on the brightness of the final product (or substrate). As in main step 1, the particularities of this oxide modification step can be chemically adjusted for Al-Mg-Si versus Al-Si-Mg alloys using a gas or liquid induced oxidizing environment in conjunction with an electromotor potential. The surface chemistry and topography of this oxide film are critical for maintaining image clarity and adhesion of a subsequently applied polymeric coating. A preferred surface chemical composition for this step is a mixture of aluminum oxide and aluminum phosphate with crosslinked pore depths ranging from about 0.01 to 0.1 micrometers, more preferably less than about 0.05 micrometers.
Etapa principal 4. Em quarto lugar, uma camada resistente à abrasão, baseada em siloxano, é aplicada ao produto de alumínio, a referida camada reagindo com o filme a base de óxido poroso da etapa 3 acima, para formar um aglutinante quimicamente e fisicamente estável com o mesmo. Preferivelmente este revestimento de siloxano é pulverizado sobre o substrato usando-se técnicas convencionais, nas quais o teor de ar da mistura pulverizada é minimizado (ou mantido próximo a zero). Para otimizar a transferência para a parte de alumínio, a viscosidade e a volatilidade deste revestimento líquido aplicado podem ser ajustadas, com quantidades pequenas de butanol sendo adicionadas ao mesmo.Fourth, a siloxane-based abrasion-resistant layer is applied to the aluminum product, said layer reacting with the porous oxide-based film from step 3 above to form a chemically and physically stable binder. with the same. Preferably this siloxane coating is sprayed onto the substrate using conventional techniques in which the air content of the spray mixture is minimized (or kept close to zero). To optimize the transfer to the aluminum part, the viscosity and volatility of this applied liquid coating can be adjusted, with small amounts of butanol being added to it.
As etapas precedentes do processo desta invenção eliminam a corrosão filiforme enquanto mantêm um brilho inicial do produto de alumínio ao qual elas são aplicadas. Em alguns casos, a invenção também transmite brilho ao produto enquanto produz uma superfície quimicamente limpa em menos etapas, reduzindo, assim, os custos totais de produção. Finalmente, esta invenção transmite algum grau de resistência à abrasão, uma necessidade principal para vários produtos de alumínio, tais como rodas de veículos feitas por forjamento, língotamento ou outras práticas de produção conhecidas ou desenvolvidas subseqüentemente. Ela executa totalmente o anteriormente mencionado sem o uso de componentes de risco ambienta! ou de ameaça à saúde.The preceding process steps of this invention eliminate filiform corrosion while maintaining an initial gloss of the aluminum product to which they are applied. In some cases, the invention also imparts brightness to the product while producing a chemically clean surface in fewer steps, thereby reducing total production costs. Finally, this invention conveys some degree of abrasion resistance, a major necessity for various aluminum products, such as vehicle wheels made by forging, blasting or other known or subsequently developed production practices. It fully performs the above without the use of environmentally hazardous components! or health threat.
Outras características, objetivos e vantagens desta invenção serão tornadas mais claras na descrição detalhada das representações preferidas feitas a seguir com referência aos desenhos anexos, nos quais: Figura 1 é um diagrama de fluxo descrevendo as etapas principais detalhadas, e as subetapas relacionadas compreendendo um processo de tratamento preferido conforme esta invenção, tais etapas tendo ocorrido após a limpeza típica (alcalina e/ou ácida) e a lavagem dos produtos de alumínio; e Figuras 2a e 2b são desenhos esquemáticos de vista lateral descrevendo as superfícies da liga de alumínio de um produto revestido transparente convencional (Figura 2a) versus uma vista lateral aumentada em camadas de um produto de alumínio tratado conforme esta invenção (Figura 2b).Other features, objects and advantages of this invention will be made clearer in the detailed description of the preferred embodiments given hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a flow chart describing the detailed main steps, and related substeps comprising a process. preferred treatment according to this invention, such steps having taken place after typical cleaning (alkaline and / or acidic) and washing of aluminum products; and Figures 2a and 2b are schematic side view drawings depicting aluminum alloy surfaces of a conventional transparent coated product (Figure 2a) versus a layered enlarged side view of an aluminum product treated according to this invention (Figure 2b).
Para qualquer descrição das composições de ligas preferidas e/ou componentes de processos de tratamento nesta invenção, todas as referências são em percentagem em peso (% em peso), a menos que indicado de outra forma. Também quando se referindo a qualquer faixa numérica de valores nesta invenção, tais faixas são entendidas como incluindo cada e todos os números e/ou frações entre o mínimo e o máximo da faixa mencionada. Uma faixa de teor de magnésio de cerca de 0,8 -1,2 % em peso, por exemplo, incluiría expressamente todos os valores intermediários de cerca de 0,81, 0,82, 0,83 e 0,9% e daí para cima até e incluindo 1,17, 1,18 e 1,19% de Mg. O mesmo se aplica a qualquer outro elemento e/ou faixa operacional apresentada abaixo. .....For any description of preferred alloy compositions and / or treatment process components in this invention, all references are by weight percent (wt%) unless otherwise indicated. Also when referring to any numerical range of values in this invention, such ranges are understood to include each and every number and / or fraction between the minimum and maximum of the mentioned range. A magnesium content range of about 0.8-1.2 wt%, for example, would expressly include all intermediate values of about 0.81, 0.82, 0.83 and 0.9% and hence up to and including 1.17, 1.18 and 1.19% Mg. The same applies to any other element and / or operating range presented below. .....
Quando se referindo a ligas de alumínio em geral, termos tais como ligas das séries 5000 e 6000, por exemplo, são feitos com referência aos padrões da Aluminum Association, cujas descrições estão completamente incorporadas aqui por referência.When referring to aluminum alloys in general, terms such as 5000 and 6000 series alloys, for example, are made with reference to the Aluminum Association standards, the descriptions of which are fully incorporated herein by reference.
Antes desta invenção, práticas conhecidas para limpeza e revestimento de um produto de roda de alumínio tipicamente incluíam as seguintes etapas individualizadas (ou atividades distintas): 1. Um polimento de várias etapas; 2. Limpeza; 3. Lavagem; 4. Desoxidação; 5. Limpeza; 6.Prior to this invention, known practices for cleaning and coating an aluminum wheel product typically included the following individualized steps (or distinct activities): 1. A multistage polishing; 2. cleanliness; 3. washing; 4. deoxidation; 5. cleanliness; 6
Conversão química; 7. Lavagem; 8. Selagem; 9. Lavagem; 10. Secagem em forno; 11. Pulverização de pó; e 12. Cura em forno. Em contraste, os estágios comparativos desta invenção, para o mesmo produto de roda de alumínio, inclui: 1. Abrilhantamento; 2. Lavagem; 3, Desoxidação; 4. Lavagem; 5. Modificações oxidas; 6. Lavagem; 7. Secagem; 8. Silicato; e 9. Cura. Através de 25% menos etapas do processo, a presente invenção cuida para atingir melhores brilhos, resistência à corrosão e, pela primeira vez, alguma resistência melhorada à abrasão.Chemical conversion; 7. washing; 8. sealing; 9. washing; 10. oven drying; 11. powder spraying; and 12. Oven curing. In contrast, the comparative stages of this invention for the same aluminum wheel product include: 1. brightening; 2. washing; 3, deoxidation; 4. washing; 5. Oxid modifications; 6. washing; 7. drying; 8. silicate; and 9. Healing. Through 25% fewer process steps, the present invention takes care to achieve better brightness, corrosion resistance and, for the first time, some improved abrasion resistance.
Particularidades das etapas do Processo Etapa Principal 1: As condições de abrilhantamento químico preferidas para esta etapa são baseadas em ácido fosfórico com uma densidade relativa de pelo menos 1,65, quando medida a 26,7°C (80°F). Mais preferivelmente, densidades relativas para esta primeira etapa principal do processo deveríam variar entre cerca de 1,69 e 1,73, na temperatura anteriormente mencionada. O aditivo de ácido nítrico para tal abrilhantamento químico deveria ser ajustado para minimizar uma dissolução de constituintes e fases dispersóides em certos produtos da liga Al-Mg-Si-Cu, especialmente as extrusões e forjamentos da série 6000. Tais concentrações de ácido nítrico ditam a uniformidade dos ataques químicos localizados entre M^^i e a fase matriz nestas ligas de Al das séries 6000. ■ Como resultado, o brilho do produto final é positivamente afetado, tanto no eletrólito do processo, quanto durante a transferência do eletrólito do processo para a primeira subetapa de lavagem. Em uma base preferida, as concentrações de ácido nítrico da etapa principal 1 do processo deveríam ser de cerca de 2,7% em peso ou menos, com adições mais preferidas de ΉΝ03 ao banho variando entre cerca de 1,2 e 2,2% em peso. ara um brilho ótimo, o processo de tratamento de superfície desta invenção deveria ser praticado nas ligas de alumínio das séries 6000 cujas concentrações de ferro são mantidas abaixo de 0,35%, de forma a evitar a dissolução preferencial das fases constituintes de Al-Fe-Si. Mais preferivelmente, o teor de Fe destas ligas deveria ser mantido abaixo de 0,15% em peso de ferro. Nas densidades relativas anteriormente mencionadas, as concentrações de íons de alumínio dissolvidos nestes banhos de abrilhantamento químico não deveríam exceder cerca de 35 g/l. As concentrações de íons de cobre não deveríam exceder cerca de 150 ppm.Particularities of Process Steps Main Step 1: Preferred chemical brightening conditions for this step are based on phosphoric acid with a relative density of at least 1.65 when measured at 26.7 ° C (80 ° F). More preferably, relative densities for this first major process step should range from about 1.69 to 1.73 at the aforementioned temperature. The nitric acid additive for such chemical brightening should be adjusted to minimize dissolution of constituents and dispersoidal phases in certain Al-Mg-Si-Cu alloy products, especially 6000 series extrusions and forgings. Such nitric acid concentrations dictate the uniformity of chemical attacks located between the M ^^ i and the matrix phase in these 6000 series Al alloys. ■ As a result, the brightness of the end product is positively affected both in the process electrolyte and during the transfer of process electrolyte to the first. wash substep. On a preferred basis, the nitric acid concentrations of the main process step 1 should be about 2.7 wt% or less, with more preferred bath additions ranging from about 1.2 to 2.2%. by weight. For optimum brightness, the surface treatment process of this invention should be practiced on 6000 series aluminum alloys whose iron concentrations are kept below 0.35% in order to avoid preferential dissolution of the Al-Fe constituent phases. Yes. More preferably, the Fe content of these alloys should be kept below 0.15 wt% iron. At the aforementioned relative densities, the dissolved aluminum ion concentrations in these chemical brightening baths should not exceed about 35 g / l. Copper ion concentrations should not exceed about 150 ppm.
Etapa Principal 2: Um produto quimicamente abrilhantado é, em seguida, submetido a desoxidação intencional. Um desoxidador preferido adequado para produtos de roda feitos das séries 5000 ou 6000 de ligas de alumínio é um banho baseado em ácido nítrico, embora seja entendido que mesmo outros desoxidadores conhecidos, ou composições desoxidantes subseqüentemente desenvolvidas, podem ser substituídos pelo mesmo. Para o banho de ácido nítrico, uma diluição de 1:1 do concentrado trabalhou satisfatoriamente.Main Step 2: A chemically brightened product is then subjected to intentional deoxidation. A preferred deoxidizer suitable for wheel products made of the 5000 or 6000 series of aluminum alloys is a nitric acid based bath, although it is understood that even other known deoxidizers, or subsequently developed deoxidizing compositions, may be substituted for it. For the nitric acid bath, a 1: 1 dilution of the concentrate worked satisfactorily.
Após o abrilhantamento químico, as concentrações remanescentes de Cu devem ser removidas da superfície do produto para estender sua durabilidade total. Uma forma de realizar isto é ajustar os níveis de ácido nítrico supracitados, de forma que as concentrações de Cu na superfície da liga não excedam cerca de 0,3% em peso.After chemical brightening, the remaining Cu concentrations should be removed from the product surface to extend its overall durability. One way of accomplishing this is to adjust the aforementioned nitric acid levels so that the Cu surface concentrations of the alloy do not exceed about 0.3 wt%.
Etapa Principal 3: Subseqüentemente à desoxidação, uma etapa de modificação óxida é executada com a intenção de produzir um filme de alumínio fosfato e/ou fosfonato com as características químicas e morfológicas necessárias para aceitar a aglutinação com um revestimento dé silicato polimérico. Esta etapa de modificação óxida deveria depositar uma espessura de revestimento de cerca de 1000 angstrõms ou menos, mais preferivelmente entre cerca de 75 e 200 angstrõms de espessura. Se aplicada eletroquimicamente, isto pode ser executado em um banho contendo cerca de 2 a 15% em volume de ácido fosfórico ou fosfônico.Main Step 3: Following deoxidation, an oxide modification step is performed with the intention of producing an aluminum phosphate and / or phosphonate film with the chemical and morphological characteristics necessary to accept agglutination with a polymeric silicate coating. This oxide modification step should deposit a coating thickness of about 1000 angstroms or less, more preferably between about 75 and 200 angstroms thick. If applied electrochemically, this can be performed in a bath containing about 2 to 15 vol% phosphoric or phosphonic acid.
Etapa Principal 4: As propriedades resultantes das superfícies de alumínio tratadas por esta invenção são dependentes da uniformidade, lisura e força de adesão da camada de filme de siloxano final ali depositada. Composição químicas com base em siloxano são aplicadas às camadas de óxido modificado da etapa 3 acima. Tanto a durabilidade inicial quanto a de longo prazo de tais produtos tratados dependem da ativação própria das superfícies destes metais, seguida por uma polimerização baseada em siloxano. A resistência à abrasão do produto resultante é determinada pelo grau relativo de reticulado para as composições químicas de siloxano sendo usadas, isto é, quanto mais altas suas capacidades de reticulado, menor será a flexibilidade do filme resultante, Por outro lado, níveis mais baixos de reticulado de siloxano aumentarão a disponibilidade de grupos funcionais para se aglutinarem com superfícies de Al base modificado, melhorando assim as forças de adesão iniciais. Sob esta última condição, entretanto, as espessuras dos revestimentos aumentarão e a resistência à abrasão cai levando a propriedades de menor claridade e menor durabilidade, respectivamente.Main Step 4: The resulting properties of the aluminum surfaces treated by this invention are dependent on the uniformity, smoothness and adhesion strength of the final siloxane film layer deposited therein. Siloxane-based chemical compositions are applied to the modified oxide layers of step 3 above. Both the initial and long term durability of such treated products depend on the proper activation of the surfaces of these metals, followed by siloxane based polymerization. The abrasion resistance of the resulting product is determined by the relative degree of cross-linking for the siloxane chemical compositions being used, that is, the higher its cross-linking capabilities, the lower the flexibility of the resulting film. Siloxane cross-links will increase the availability of functional groups to bond with modified Al-base surfaces, thereby improving initial adhesion forces. Under the latter condition, however, the thickness of the coatings will increase and the abrasion resistance will drop leading to lower clarity and lower durability properties, respectively.
Geralmente é preferido que uma composição química de siloxano duro seja usada com as rodas de alumínio de veículos feitas a partir das ligas das séries 6000. Composições de siloxano adequadas para uso na etapa principal 4 incluem aquelas vendidas comercialmente pela SDC Coatings Inc., sob sua marca Stlvue®. Outros produtores adequados de revestimentos de siloxano incluem Ameron International Inc., e PPG Industries, Inc. É preferível que tais polimerizações de produtos ocorram à pressão ambiente para minimizar o impacto, se houver, à microestrutura da superfície do metal.It is generally preferred that a hard siloxane chemical composition be used with vehicle aluminum wheels made from the 6000 series alloys. Siloxane compositions suitable for use in Step 4 include those sold commercially by SDC Coatings Inc. under its heading. Stlvue® brand. Other suitable producers of siloxane coatings include Ameron International Inc., and PPG Industries, Inc. It is preferred that such product polymerizations occur at ambient pressure to minimize impact, if any, to the metal surface microstructure.
Para qualquer determinada composição de liga de alumínio e forma de produto, a compatibilidade dos tratamentos de superfície da etapa principal 1 com as polimerizações de siloxano da etapa principal 4 ditará os atributos do desempenho final. Devido aos requisitos de propriedades de superfície limitados necessários para se alcançar a adesão química de siloxano altamente reticulado em cima das superfícies de metal, preparações de superfícies altamente controladas e polimerização sob condições de vácuo são tipicamente usadas. Mais preferivelmente, composições químicas de siloxano são aplicadas usando-se gotículas finamente dispersas, ao invés da ionização no vácuo. O controle e a dispersão destas gotículas através de uma atomização por pulverização sem ar minimiza a exposição com o ar dos processos convencionais de pintura por pulverização e obtém uma divisão preferida de dispersões de siloxano no solvente. O resultado final é um revestimento livre de "pele de laranja", fino, altamente transparente.For any given aluminum alloy composition and product form, the compatibility of the main stage 1 surface treatments with the main stage 4 siloxane polymerizations will dictate the attributes of the final performance. Due to the limited surface property requirements required to achieve chemical adhesion of highly crosslinked siloxane on metal surfaces, highly controlled surface preparations and polymerization under vacuum conditions are typically used. More preferably, siloxane chemical compositions are applied using finely dispersed droplets rather than vacuum ionization. Control and dispersion of these droplets by airless spray atomization minimizes exposure to air from conventional spray painting processes and achieves a preferred division of siloxane dispersions in the solvent. The end result is a thin, highly transparent "orange skin" free coating.
Referindo-se agora às Figuras 2a e 2b, são mostradas vistas esquemáticas de dois lados comparando os depósitos de um processo de revestimento transparente convencional da técnica anterior (Figura 2a) versus as camadas de tratamento de superfície depositadas de acordo com esta invenção (Figura 2b). Para rodas de veículos, o sistema mais amplamente usado para revestimento de conversão é aplicar revestimentos em pó usando composições químicas convencionais de acrílico ou poliéster. Tais composições químicas de pintura fornecem grupos funcionais acessíveis para adesão à superfície do metal, mas suas forças de adesão e durabilidade dependem das propriedades interfaciais da liga de metal revestimento de conversão / sistema de pintura empregado.Referring now to Figures 2a and 2b, schematic views of two sides are shown comparing the deposits of a conventional prior art transparent coating process (Figure 2a) versus the deposited surface treatment layers according to this invention (Figure 2b ). For vehicle wheels, the most widely used conversion coating system is to apply powder coatings using conventional acrylic or polyester chemical compositions. Such chemical paint compositions provide accessible functional groups for adhesion to the metal surface, but their adhesion forces and durability depend on the interfacial properties of the metal alloy conversion coating / paint system employed.
Para a presente invenção, uma interface difusa foi postulada, a qual minimiza a probabilidade de deslaminação do revestimento da superfície metálica tratada. Isto é alcançado pela replicação de processos de modificação de superfície altamente controlados para produzir um fosfato ou fosfonato de alumínio com a microestrutura e morfologia próprias, de forma que as adesões químicas de siloxano sejam executadas à pressão ambiente. As composições químicas baseadas em siloxano preferidas, descritas acima, também resultam em uma espessura de revestimento de aproximadamente uma ordem de magnitude menor do que aquelas depositadas usando-se pós de poliéster ou acrílico. Acredita-se que estas composições químicas cuidadosamente selecionadas e preferivelmente personalizadas resultem em um revestimento com maior uniformidade e transparência (isto é, claridade) do que era possível anteriormente. Em termos de hidrofobicidade e permeabilidade, as composições químicas baseadas em siloxano também produzem mais propriedades repelentes de água e menor permeabilidade de água do que suas contrapartes de revestimento acrílico ou de poliéster. Isto resulta em uma superfície revestida de alumínio mais fácil de limpar e durável, em várias formas de produtos.For the present invention, a diffuse interface has been postulated which minimizes the likelihood of delamination of the treated metal surface coating. This is achieved by replicating highly controlled surface modification processes to produce an aluminum phosphate or phosphonate with its own microstructure and morphology so that chemical adhesions of siloxane are performed at ambient pressure. Preferred siloxane-based chemical compositions described above also result in a coating thickness of approximately one order of magnitude less than those deposited using polyester or acrylic powders. These carefully selected and preferably customized chemical compositions are believed to result in a coating with greater uniformity and transparency (ie clarity) than was previously possible. In terms of hydrophobicity and permeability, siloxane-based chemical compositions also produce more water repellent properties and lower water permeability than their acrylic or polyester coating counterparts. This results in an easier to clean and durable aluminum coated surface in various product forms.
Resultados Experimentais Usando-se três diferentes padrões de desempenho de corrosão, estabelecidos pela General Motors, Ford e a Norma ASTM G85, cujas particularidades estão aqui completamente incorporadas por referência, produtos de rodas de alumínio tratados de acordo com a invenção saíram-se favoravelmente bem comparados a uma segunda roda (da mesma composição de liga) tratada pelo processo conhecido de doze etapas da técnica anterior, descrito acima.Experimental Results Using three different corrosion performance standards set by General Motors, Ford and ASTM G85 Standard, the features of which are fully incorporated herein by reference, aluminum wheel products treated in accordance with the invention fared favorably. compared to a second wheel (of the same alloy composition) treated by the known prior art twelve-step process described above.
Rodas de veículos de serviço pesado tratadas experimentatmente pelo processo desta invenção foram submetidas a condições padrão de estrada através de diversas épocas e a condições mais grosseiras do tipo de construções fora-da-estrada ("off-road"). Em ambos os casos, estas rodas foram periodicamente limpas (aproximadamente mensalmente) usando-se pulverização de água pressurizada, com e sem sabões, para revelar, repetidamente, a superfície inferior brilhante, transparente e ainda resistente à sujeira.Wheels of heavy duty vehicles experimentally treated by the process of this invention have been subjected to standard road conditions throughout the ages and to coarser off-road conditions. In both cases, these wheels were periodically cleaned (approximately monthly) using pressurized, soapy and soap-free water spray to repeatedly reveal the shiny, transparent, yet dirt-resistant bottom surface.
REIVINDICAÇÕES
Claims (27)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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